管壳式换热器设计讲解
管壳式换热器的课程设计
避免选用不合适的材料导致设备损坏 或安全事故；注意材料的兼容性和与 其他材料的接触情况；考虑材料的可 加工性和安装维护的便利性。
04
管壳式换热器的优化设计
传热效率优化
01
传热效率
通过选择合适的材料、优化管程和壳程流体的流速和温度，以及采用强
化传热技术，如增加翅片、改进管子形状等，提高换热器的传热效率。
管件与结构
优化换热器内部的管件和 结构，减少流体流动过程 中的局部阻力，降低压力 损失。
结构强度优化
1 2
应力分析
对换热器进行详细的应力分析，确保其在正常操 作条件下具有足够的结构强度和稳定性。
材料选择
根据使用条件和要求，选择合适的材料和厚度， 以提高换热器的结构强度和耐腐蚀性。
3
支撑与固定
合理设计换热器的支撑和固定结构，以减小应力 集中和振动，提高其结构强度和使用寿命。
新材料与新技术的应用
新型材料
采用高导热性能的复合材料、纳米材料等，提高换热器的传热效率。
新型涂层
利用先进的涂层技术，如陶瓷涂层、金属氧化物涂层等，增强换热器的抗腐蚀和 耐磨性能。
节能减排与环保要求
高效节能
研发低能耗的换热器，优化换热器结构，降低运行过程中的能源消耗。
环保设计
采用无毒、无害的材料，减少换热器对环境的影响，同时对换热器产生的废弃物进行环保处理。
能源与动力工程领域的应用
发电厂
管壳式换热器可用于加热和冷却发电厂中的各种 流体，如锅炉给水、凝结水和冷却水等。
船舶工程
在船舶工程中，管壳式换热器可用于船舶发动机 的冷却和加热，以及生活用水的加热和冷却。
采暖系统
在供暖系统中，管壳式换热器可用于将热量从热 源传递到水中，为建筑物提供热水供暖。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于石油化工、冶金、电力、制药、食品等行业。
它由壳体、管束、管板、管箱等组成，能够有效地将两种介质之间的热量传递。
下面将从换热原理、设计要求和结构设计等方面进行详细介绍。
一、换热原理管壳式换热器通过管壳两侧的介质进行热量传递。
其中，一个介质在管内流动，被称为"壳侧流体"，另一个介质在管外流动，被称为"管侧流体"。
壳侧流体通过壳体流动，而管侧流体则通过管束流动。
热量传递主要通过壳侧流体和管侧流体之间的传导和对流传热方式进行。
二、设计要求1.热量传递效果好：要求在换热器内两种介质之间实现高效的热量传递，以满足工艺要求。
2.压力损失小：为了保证介质流动的稳定性和降低能源消耗，设计时需要尽量减小换热器内的动能损失。
3.适应不同工艺条件：换热器的设计要能适应不同的流量、温度和压力等工艺条件的变动。
4.安全可靠：要求在设计中考虑到换热器的安全性和可靠性，尽量减少故障率。
三、结构设计1.壳体：壳体是换热器的外壳，一般采用钢质材料制造。
壳体的选择应考虑到介质的性质、压力和温度等参数，并采取相应的增强措施。
2.管束：管束是由多根管子组成的，一般采用金属材料或塑料制造。
管束的设计要考虑到介质对管材的腐蚀性、温度和压力等参数，同时也要考虑到换热面积的要求。
3.管板：管板位于管束两端，起到支撑和固定管束的作用，一般采用钢质材料制造。
管板的设计要考虑到壳侧和管侧流体的流动特性，并采用合适的孔洞布置，以保证流体的均匀流动。
4.管箱：管箱是安装在管板上的设施，主要用于集流壳侧流体并将其引导出换热器。
管箱的设计应考虑到壳侧流体的流动特性和流量等参数，以实现流体的顺畅流动。
在设计过程中，需要进行换热器的热力计算和结构力学计算，以确定壳体、管束和管板等部件的尺寸和选材。
同时，还需要根据不同工艺和使用条件的要求，进行热交换面积的计算和确定。
管壳式换热器结构设计
管壳式换热器结构设计在化工、石油和能源等领域中，管壳式换热器是一种广泛应用的高效换热设备。
本文将详细探讨管壳式换热器的结构设计，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容，旨在提高设备的传热效率和可靠性。
一、管壳式换热器的基本结构管壳式换热器主要由壳体、管束、折流板、进出口接管等部件组成。
其核心部分是管束，它由许多平行排列的传热管组成。
这些传热管的一端与壳体连接，另一端则通过封头与进出口接管相连。
在操作时，一种流体（例如水或油）在管内流动，另一种流体（例如蒸汽或冷凝液）在壳侧流动，两种流体通过管壁进行热交换。
二、材料选择与优化管壳式换热器的材料选择对其性能和可靠性至关重要。
壳体通常采用碳钢、不锈钢和钛等材料，而管束则通常采用不锈钢、铜和钛等具有优良传热性能和抗腐蚀性的材料。
在某些特殊情况下，还可以考虑对关键部位进行表面处理，以提高抗腐蚀性和耐磨性。
三、传热原理与优化管壳式换热器的传热原理主要是通过对流传热和热传导的组合来实现的。
为了提高设备的传热效率，可以采用以下措施：1、改变折流板的形状和布置，以增加壳侧流体的湍流度。
2、选择具有高导热系数的材料，以提高管壁的热传导性能。
3、适当增加管束数量和布置密度，以增加传热面积。
四、应用特点与优势管壳式换热器在各种工业领域中得到了广泛应用，主要特点有：1、结构紧凑，占地面积小，易于布置。
2、材料选择广泛，适用于各种不同的工艺条件和腐蚀性介质。
3、传热效率高，能够实现两种流体的有效热交换。
4、制造工艺成熟，操作维护方便，使用寿命较长。
五、结论本文对管壳式换热器的结构设计进行了全面分析，包括材料选择、传热原理和应用特点等方面的内容。
通过合理的结构设计，可以显著提高管壳式换热器的传热效率和可靠性，使其在各种工业领域中发挥更加重要的作用。
随着技术的不断进步，管壳式换热器的设计和制造水平也将不断提升，为工业生产带来更大的价值。
六、展望随着工业生产的不断发展和能源紧缺的压力日益增大，管壳式换热器的应用前景更加广阔。
管壳式换热器的设计及计算
管壳式换热器的设计及计算管壳式换热器是常见的一种热交换设备，用于在流体之间进行热量传递。
它由一个外壳和多个热交换管组成。
在设计和计算管壳式换热器时，需要考虑以下几个方面：选择换热器类型、确定换热器尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等。
下面将详细介绍管壳式换热器的设计及计算过程。
首先，选择适合的换热器类型。
根据具体的应用和流体特性，可以选择不同类型的管壳式换热器，如定压式、定温式、冷凝器和蒸发器等。
每种类型的换热器都有特定的性能和适用范围，需根据实际需求确定。
接下来，确定换热器的尺寸。
首先要确定传热面积，这取决于所需的传热量和两种流体间的温度差。
一般来说，换热器的传热面积越大，传热效果越好。
然后确定换热器的外壳直径和长度，这取决于流体的流速、流量和压降要求。
根据流体速度和流量计算出流道的横截面积，再确定壳程内的流道数量，最后通过换热器的设计公式计算出外壳直径和长度。
确定流体特性是设计换热器的关键一步。
需要收集并分析流体的物性数据，如温度、压力、流速、密度、热容等。
这些参数将用于计算热量传递量和压降。
此外，还需要考虑流体的腐蚀性、粘度和污染物含量等因素，在选择材料时要注意其耐腐蚀性能和抗堵塞能力。
计算热量传递量是设计换热器的核心任务。
可以使用传热计算公式，如奥兹逊公式、Nusselt数公式等，根据流体的特性参数计算出传热系数。
传热系数与换热器的结构、流体速度和物性参数有关。
通过计算热传导、对流和辐射等传热机制，可以得到热量传递量的准确数值。
最后，要计算管壳式换热器的压降。
压降是流体通过换热器时产生的能量损失。
为了保证流体的正常流动和换热效果，需要控制良好的压降。
可以通过实验或计算公式，如达西公式和克尔文公式，预测换热器内的压降情况。
根据流体的流速、流量和物性参数，计算出壳程和管程内的压降，并进行整体的能量平衡计算。
综上所述，管壳式换热器的设计和计算包括选择换热器类型、确定尺寸、确定流体特性、计算热量传递量和压降等步骤。
管壳式换热器工艺设计说明书
管壳式换热器工艺设计说明书1.设计方案简介1.1工艺流程概述由于循环冷却水较易结垢，为便于水垢清洗，应使循环水走管程，甲苯走壳程。
如图1，苯经泵抽上来，经管道从接管A进入换热器壳程；冷却水则由泵抽上来经管道从接管C进入换热器管程。
两物质在换热器中进行交换，苯从80℃被冷却至55℃之后，由接管B流出；循环冷却水则从30℃升至50℃，由接管D流出。
图1 工艺流程草图1.2选择列管式换热器的类型列管式换热器，又称管壳式换热器，是目前化工生产中应用最广泛的传热设备。
其主要优点是：单位体积所具有的传热面积大以及窜热效果较好；此外，结构简单，制造的材料范围广，操作弹性也较大等。
因此在高温、高压和大型装置上多采用列壳式换热器。
如下图所示。
1.2.1列管式换热器的分类根据列管式换热器结构特点的不同，主要分为以下几种：⑴固定管板式换热器固定管板式换热器，结构比较简单，造价较低。
两管板由管子互相支承，因而在各种列管式换热器中，其管板最薄。
其缺点是管外清洗困难，管壳间有温差应力存在，当两种介质温差较大时，必须设置膨胀节。
固定管板式换热器适用于壳程介质清洁，不易结垢，管程需清洗及温差不大或温差虽大但壳程压力不高的场合。
固定板式换热器⑵浮头式换热器浮头式换热器，一端管板式固定的，另一端管板可在壳体内移动，因而管、壳间不产生温差应力。
管束可以抽出，便于清洗。
但这类换热器结构较复杂，金属耗量较大；浮头处发生内漏时不便检查；管束与壳体间隙较大，影响传热。
浮头式换热器适用于管、壳温差较大及介质易结垢的场合。
⑶填料函式换热器填料函式换热器，管束一端可以自由膨胀，造价也比浮头式换热器低，检修、清洗容易，填函处泄漏能及时发现。
但壳程内介质有外漏的可能，壳程中不宜处理易挥发、易燃、易爆、有毒的介质。
⑷U形管式换热器U形管式换热器，只有一个管板，管程至少为两程，管束可以抽出清洗，管子可以自由膨胀。
其缺点是管内不便清洗，管板上布管少，结垢不紧凑，管外介质易短路，影响传热效果，内层管子损坏后不易更换。
管壳式换热器设计总结
管壳式换热器设计总结管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、制药等行业。
其设计涉及到许多方面，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
本文将从这些方面对管壳式换热器的设计进行总结和分析。
管壳式换热器的换热原理是通过管内流体与壳侧流体之间的热传导来实现热量的交换。
管内流体一般为待加热或待冷却的介质，而壳侧流体一般为冷却剂或加热介质。
通过这种方式，可以实现两种介质之间的热量转移，达到加热或冷却的目的。
管壳式换热器的结构设计是十分重要的。
它由管束、壳体、管板、管侧流体进出口以及壳侧流体进出口等部分组成。
管束是换热的核心部分，通过将多根管子固定在管板上，形成流体的通道。
而壳体则是管束的外部保护壳，起到支撑和密封的作用。
管侧流体通过管侧进出口进入管束内，与管内流体进行热量交换，然后再通过壳侧进出口流出。
这样的结构设计，既保证了换热效率，又方便了设备的安装和维护。
管壳式换热器的材料选择也是十分重要的一环。
由于在换热过程中，介质可能存在腐蚀、高温等问题，因此需要选择耐腐蚀、耐高温的材料。
常见的材料有不锈钢、钛合金等。
对于特殊的工况，还可以采用陶瓷、镍基合金等材料。
在管壳式换热器的设计过程中，还需要考虑一些其他因素。
首先是换热面积的确定，它与换热效果直接相关。
一般来说，换热面积越大，换热效果越好。
其次是流体的流速和流量，它们对换热器的换热效果和压力损失有着重要影响。
此外，还需要考虑到换热器的尺寸和重量，以及设备的安全性和可靠性等方面。
在实际应用中，还需要根据具体的工况和要求进行换热器的定制设计。
例如，在高温高压的条件下，需要采用密封性好、耐高温高压的结构和材料；在对流体的温度变化要求较高的情况下，需要采用多级换热器或增加管程等方式来提高换热效果。
管壳式换热器的设计需要考虑多个方面的因素，包括换热原理、结构设计、材料选择等。
合理的设计可以提高换热效率，降低能耗，满足工业生产的需求。
同时，还需要根据具体的工况和要求进行定制设计，以提高设备的安全性和可靠性。
完整版HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
市场前景
随着科技的不断进步和工业的快速发展，管 壳式换热器的应用领域将不断扩大。同时， 随着环保意识的提高和节能减排政策的实施， 高效、节能、环保的管壳式换热器将成为未
来市场的主流产品。
02
HTRI软件简介及功能
HTRI软件发展历程
01
初始开发阶段
HTRI软件最初由美国Heat Transfer Research Inc.公司开发，专注于管
04
HTRI在管壳式换热器设 计中的应用
工艺流程模拟与优化
工艺流程建模
使用HTRI软件对管壳式换热器工艺流程进行 建模，包括输入工艺参数、物性数据和设备尺 寸等。
模拟计算
通过软件内置的算法和模型，对工艺流程进行模拟计 算，得出各物流的温度、压力、流量和物性变化等关 键参数。
优化设计
根据模拟结果，对换热器的结构、尺寸和布局 等进行优化设计，以提高换热效率和降低能耗。
换热器类型选择依据
传热方式
根据工艺要求选择合适的传热方式，如并流、逆 流或错流。
操作条件
根据操作压力、温度、流量等条件选择合适的换 热器类型。
ABCD
流体性质
考虑流体的物理性质（如密度、粘度、比热容等） 和化学性质（如腐蚀性、结垢性等）。
经济性
在满足工艺要求的前提下，考虑换热器的制造成 本、运行费用和维修费用等因素。
壳式换热器的热工水力设计计算。
02
逐步完善阶段
随着技术的发展和用户需求的变化，HTRI软件逐步增加了新的功能模
块，如振动分析、腐蚀预测等，并不断优化算法以提高计算精度和效率。
03
广泛应用阶段
目前，HTRI软件已成为全球范围内广泛应用于石油、化工、制冷等领
管壳式换热器的设计及选型指导
管壳式换热器的设计及选型指导
首先，设计管壳式换热器时需要确定换热器的传热负荷。
传热负荷是
根据换热介质的热容、进出口温度差以及流量等参数计算得出的。
对于不
同的工况和换热介质，传热负荷不同，因此需要根据具体情况进行计算。
其次，设计时需要确定管道的结构形式。
常见的管壳式换热器结构形
式有单通道、多通道和多分流型。
单通道结构适用于流量较小的换热介质，多通道和多分流型适用于流量较大的换热介质。
在确定结构形式时，需要
考虑换热效果、流体流动状态以及材料成本等因素。
然后，设计时需要选择合适的材料和密封方式。
管壳式换热器常用的
材料有碳钢、不锈钢、铜合金等。
材料的选择需要考虑介质的特性，如酸
碱性、腐蚀性等。
密封方式有悬挂式、焊接式、密封垫等，需要根据具体
工况选择合适的密封方式。
最后，进行选型时需要综合考虑换热器的性能和经济性。
性能指的是
换热器的传热效率、耐压能力、防腐性等。
经济性则包括材料成本、维护
费用等因素。
在选型时，需要根据实际情况进行权衡，选择最合适的换热器。
总之，管壳式换热器的设计和选型需要考虑传热负荷、结构形式、材
料选择、密封方式以及性能和经济性等因素。
通过合理的设计和选型，可
以使换热器的性能得到最大发挥。
同时，还需要注意换热器的安装、调试
和维护等工作，以确保其安全、可靠地运行。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计
1.传热面积的计算：传热面积决定了热交换效果的好坏，计算传热面
积是设计的第一步。
传热面积的大小受到工艺需求、流体特性和设备尺寸
等因素的影响。
2.流体流速的选择：流体流速对传热效率有重要影响。
流速不宜过大，以免增加流体阻力和泵耗能，但也不宜过小，以免影响传热效果。
需要通
过经验和实验确定合适的流速范围。
3.换热器的参数选择：根据工艺要求和流体性质选择合适的管壳式换
热器参数，如管子和外壳的材料、厚度和长度等。
一般情况下，不同材料
的换热器对不同的流体具有不同的传热效果和抗腐蚀能力。
4.温度和压力的控制：管壳式换热器工作时，内外两种流体通常以不
同的温度和压力运行，因此需要采取相应的措施确保换热器的安全性能。
这包括选择合适的密封材料、加装安全阀和温控装置等。
5.清洗和维护的考虑：管壳式换热器在长期使用过程中会有积垢和堵
塞的问题，因此需要预留清洗口和维护通道，并定期进行清洗和维护工作，以保证换热器的正常运行。
总之，管壳式换热器的设计需要综合考虑传热效率、流体性质、工艺
要求和设备安全性能等因素，确保换热效果良好、运行安全可靠。
通过合
理的设计和选择，可以使管壳式换热器发挥最佳的效果，实现节能降耗的
目的。
管壳式换热器设计介绍
TEMA type
Shell Type
TEMA type Shell Type (1/2)
– E-shell is most commonly used. – F-shell gives pure counter-current flow with two tube passes. – However, longitudinal baffle is difficult to seal with the shell especially when reinserting the shell after maintenance. Therefore, some clients don’t allow to use F-shell. – K-shell is used for pure component boiling service.(kettle reboiler) Longitudinal baffle
Fixed Tubesheet Type Heat Exchanger
U-Tube Type Heat Exchanger
Type of STHE
Floating Head Type Heat Exchanger
Q: Which type is cheapest either H-BEM or HAES?
Type of STHE
固定管板式换热器 Fixed Tubesheet Type
Tubesheets are welded to shell. Simple construction and low cost Shell side mechanical cleaning is impossible. Shell side fluid should be clean and less corrosive (<0.00026m2K/W). Expansion bellows are sometimes required due to metal temp. difference (>60 degC).
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收集设计资料
收集相关的工艺数据、物性数 据、设备规格等必要信息。
选择设计软件
根据设计任务和设计资料，选 择合适的管壳式换热器设计软
件，如HTRI等。
热力计算与选型分析
热力计算
根据工艺条件和物性数据，进行 热量衡算，确定传热面积、热负 荷等关键参数。
选型分析
根据热力计算结果，选择合适的 换热器型号、管径、管长、管数 等结构参数。
结构组成
管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、折流板、封头等部件组成。
结构特点
管壳式换热器具有结构紧凑、传热效率高、适应性强、使用寿命长等特点。
工作原理与性能参数
工作原理
管壳式换热器通过热传导和对流换热的方式，实现热量从高温流体向低温流体的传递。
性能参数
评价管壳式换热器性能的参数主要包括传热系数、压力降、热效率等。
计算实例
以某具体换热器为例，展示详细的热力计算 过程，包括物性参数计算、传热系数确定、 压降计算等。
结构设计优化建议
要点一
结构优化方向
从提高传热效率、降低压降、增强结构强度等方面提出优 化建议。
要点二
具体优化措施
采用高效传热管型、优化折流板结构、改进管板连接方式 等。
性能评估与改进方向
性能评估方法
案例分析：典型管壳式换热器设计实 例
案例背景介绍及设计要求
案例背景
某化工厂需要一种高效、可靠的管壳式 换热器来满足生产过程中的热量交换需 求。
VS
设计要求
换热器需要能够承受高温高压的工作环境 ，同时保证高效的热量传递效率，降低能 耗，提高生产效率。
热力计算过程展示
热力计算流程
确定设计参数 -> 选择合适的热力学模型 > 进行热量平衡计算 -> 确定换热器的主要 尺寸和性能参数。
管壳式换热器及设计
管壳式换热器及设计管壳式换热器是广泛应用于工业领域的一种换热设备，它通过与介质流过的管道间的传热，完成工艺过程中的冷热交换。
在各种工业生产中，管壳式换热器被广泛应用于石油、化工、电力、造纸、食品、制药等行业。
下面将对管壳式换热器的设计进行详细介绍。
管壳式换热器由管束和外壳两部分组成，其中，管束是由多个管子组成，介质通过管子流过，外壳用于固定管束，并通过进出口与介质连接。
换热器的设计需要考虑多个因素，包括换热面积、介质流速、传热系数、流体阻力和温度梯度等。
首先，换热器的设计需要确定合适的换热面积，以满足工艺要求。
换热面积的大小直接影响到换热效率，一般情况下，面积越大，换热效果越好。
确定面积需要考虑介质流量、温度差以及传热系数等参数，通过计算得出合适的面积。
其次，设计中需要确定合适的介质流速。
介质流速对传热和阻力都有一定的影响，流速过高会增加介质压降，流速过低会影响传热效果。
通过流速的选择，可以提高换热器的传热效率和经济性。
然后，传热系数是设计中需要重点考虑的因素之一、传热系数是指单位面积内的热量传递速率，影响着换热器的传热效率。
传热系数与介质流速、管道材料、传热面积等相关，通过合理选择这些参数，可以提高传热系数，从而提高换热器的性能。
此外，设计中还需要考虑流体阻力的问题。
流体在管壳内的流动会产生阻力，影响介质的流速和能量损失。
设计中需要合理选择流道的宽度和形状，以减小流体阻力，提高流量。
最后，温度梯度也是设计中需要考虑的因素之一、温度梯度是指介质在管壳内的温度差异，直接影响换热效果。
通过合理布置管束和外壳，可以减小温度梯度，提高传热效率和热能利用率。
总之，管壳式换热器的设计需要考虑多个因素，包括换热面积、介质流速、传热系数、流体阻力和温度梯度等。
通过合理选择这些参数，可以提高换热器的效率和性能，满足工艺过程中的换热需求。
管壳式换热器设计
管壳式换热器设计一、设计原理：二、工艺要点：1.确定热媒：根据工艺要求，选择合适的热媒，包括流体的物性参数（如密度、比热等）、热传导性能等。
2.确定传热面积：根据传热工质的物性、进出口温度差、热媒的传热系数等参数，计算所需的传热面积。
一般情况下，可以根据热传导的基本公式进行计算，也可以通过经验公式进行估算。
3.确定流量与速度：根据热媒的性质及工艺需求，计算出所需的流量和速度。
流量一般通过流量计进行测量，速度通过壳体内径和流量计算得出。
4.确定壳程和管程流体的传热系数：通过经验公式计算出壳程和管程的传热系数，用于后续的热传导计算。
5.确定传热过程：根据实际情况，选择合适的传热过程，包括对流传热、传导传热和辐射传热等。
6.确定材料和结构：根据工艺要求和运行条件，选择合适的材料进行制造。
同时，结构设计要考虑到换热效果、运行安全性和维护方便性。
三、常见设计问题：1.壳程流体和管程流体的温度差：对于壳程和管程，流体的温度差越大，传热效果越好。
设计时需要考虑流体温度差对换热器的尺寸和传热效率的影响。
2.压降：壳程和管程的流体在换热过程中会产生压降。
设计时需要考虑压降对流体流速和传热系数的影响，并在设计中进行合理的折减和控制。
3.热媒的物性参数：热媒的物性参数对换热器的设计和运行有很大影响。
需要考虑热媒的密度、比热、热传导系数等参数，并在设计中进行合理的估算和计算。
4.材料选择：根据工艺要求和运行条件，选择合适的材料进行制造。
必须考虑材料的耐受性和耐腐蚀性，以及对流体和环境的影响。
总结：管壳式换热器设计涉及多个方面的参数和工艺要求，包括热媒选择、传热面积计算、流量和速度确定、传热系数估算、传热过程选择、材料和结构设计等。
在实际设计中，需按照工艺要求和运行条件合理选择参数和材料，并通过模拟计算和经验公式进行设计。
同时，需要注意常见的设计问题，如温度差、压降、热媒物性参数和材料选择等。
通过合理的设计和选择，可以实现管壳式换热器的高效工作和长期稳定运行。
管壳式换热器原理与设计
管壳式换热器原理与设计管壳式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、炼油、石油化工、动力、核能等多个工业领域。
其工作原理和设计要点如下：工作原理：基本构造：管壳式换热器主要由壳体、管束、管板、折流板、管箱等部件组成。
壳体通常为圆筒形，内部装有平行排列的管束，管束两端固定在管板上。
流体通过管内（管程）和管外（壳程）进行热交换。
热量传递：冷热两种流体分别在管程和壳程中流动，热量通过管壁从高温流体传递给低温流体。
一种流体在管内流动（管程流体），另一种流体在管外，即壳体内流动（壳程流体）。
热量传递遵循热力学第二定律，从高温区自发流向低温区。
强化传热：为了提高传热效率，壳程内常设置折流板，迫使壳程流体多次改变方向，增加流体湍流程度，从而提高传热系数。
管束的排列（如等边三角形或正方形）也会影响传热效率和清洁维护的便利性。
设计要点：流体选择：根据工艺要求决定哪种流体走管程，哪种走壳程。
一般而言，易结垢或腐蚀性的流体走管程便于清洗和更换管束。
材料选择：根据流体的性质（如温度、压力、腐蚀性）选择合适的材料，如不锈钢、碳钢、铜合金等，以确保换热器的耐用性和安全性。
热负荷计算：根据工艺条件计算所需的热负荷，确定换热面积，进而决定管束的数量、长度和直径。
压降考虑：设计时需考虑流体在管程和壳程中的压降，确保泵送能耗合理，避免因压降过大导致系统运行不稳定。
结构设计：包括管板的设计（固定管束的方式）、壳体厚度设计、支撑和悬挂结构设计等，以保证换热器的机械强度和稳定性。
清洗与维护：设计时应考虑换热器的可维护性，如管束的可拆卸性，以及便于清洗壳程内部的结构设计。
综上所述，管壳式换热器的设计是一个综合考虑热工性能、机械强度、材料选择、经济性和可维护性的复杂过程，需要精确的计算和细致的工程设计。
管壳式换热器的设计
管壳式换热器的设计1. 管壳式换热器概述管壳式换热器是一种常见且广泛应用于工业领域的换热设备。
它主要由壳体、热交换管束、管板、进出口管道和支撑结构等组成。
通过壳体内外流体的传热和传质，实现不同流体之间的能量交换。
管壳式换热器的设计对于提高传热效率、减少能源消耗、降低设备运行成本具有重要意义。
在设计过程中，需要考虑多个因素，包括选择合适的换热管材料、确定合适的管束结构、优化流道布局等。
2. 管壳式换热器设计步骤2.1 确定操作参数在进行管壳式换热器设计前，首先需要明确操作参数，包括流体的流量、温度、压力等。
这些参数的确定对于选择合适的换热器尺寸和换热面积至关重要。
2.2 选择合适的换热管材料在进行换热器设计时，需要根据流体的特性选择合适的换热管材料。
常见的换热管材料包括碳钢、不锈钢、铜合金等。
根据流体的性质、温度和压力等因素，选择耐腐蚀、导热性好的管材。
2.3 确定管束结构管束结构的设计直接影响到换热器的传热效率和压降。
通常有多种不同的管束结构可供选择，如固定管板式、浮动管板式和U型管式等。
根据具体需求和操作参数，选择合适的管束结构。
2.4 流道布局优化流道布局对于管壳式换热器的性能至关重要。
良好的流道布局可以提高流体的流动速度，增加传热面积，从而提高换热效率。
通过合理的流道设计，可以减小压力损失，降低能源消耗。
2.5 确定热交换面积根据操作参数和所选的管束结构，计算出所需的热交换面积。
通常使用LMTD （Log Mean Temperature Difference）法进行计算。
2.6 设计壳体结构和管道连接根据热交换需求和操作参数，设计合适的壳体结构和管道连接。
壳体结构应具有良好的强度和刚度，同时要考虑便于清洁和维修的因素。
3. 管壳式换热器设计的优化方法3.1 流体动力学模拟利用流体动力学模拟软件对管壳式换热器的流动状态进行模拟和分析，以优化流体的流动路径和流速分布，提高传热效率。
3.2 换热管材料优化选择通过对不同换热管材料的性能进行评估和比较，选择性能更好的材料，以提高换热效率和延长换热器的使用寿命。
完整版)HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解
完整版)HTRI管壳式换热器设计基础教程讲解XXX HTRI Shell and XXX XXXXXX School of Chemical Engineering and EnergyNovember 2011XXX HTRIThe Heat Transfer Research Institute (HTRI) is a US-based XXX efficient。
reliable。
and low-cost heat XXX design and accounting。
which includes the following components:HTRI.Xist XXX fully incremental program。
Xist includes HTRI's latest point-by-point XXX。
boiling。
single-phase heat transfer。
and pressure drop。
This method is based on a wide range of shell-side and tube-side n。
boiling。
and single-phase heat transfer test data.HTRI.Xphe can design。
account for。
and XXX-based port XXX the flow rate into each plate channel.HTRI.Xace are can design。
account for。
and simulate the performance of air coolers and XXX It can also simulate the performance of air coolers when a unit is shut down。
This are uses HTRI's latest point-by-point XXX.XXX cylindrical and box-type n chambers。
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传热系数U的影响因素
03
包括流体物性、流速、管壁厚度、管壁材料等。
流体流动与传热性能参数
雷诺数Re
表征流体流动状态的参数， Re<2300为层流，Re>4000为
湍流。
普朗特数Pr
表征流体物性对传热影响的参 数，Pr越大，传热效果越好。
努塞尔数Nu
表征对流换热强度的参数，Nu 越大，对流换热效果越好。
学习要求
学员应具备一定的热力学、流体力学和传热学基础知识，同时需要具备 一定的计算机操作能力和英语水平。
02
管壳式换热器结构与设计原理
管壳式换热器基本结构组成
管束
由多根换热管组成，管内走一 种流体，管外走另一种流体， 实现热量交换。
管板
连接换热管与壳体，同时起到 密封和支撑作用。
壳体
包括筒体、封头、接管等部分 ，
表征换热器实际换热量与理论 最大换热量之比的参数，ε越大
，换热器性能越好。
03
HTRI软件操作入门指南
软件安装与启动方法
安装步骤 下载HTRI软件安装包；
双击安装包，按照提示进行安装；
软件安装与启动方法
启动方法
完成安装后，启动软件。
选择安装路径和相关组件 ；
01
03 02
软件安装与启动方法
性能评估
通过数值模拟或实验手段，对优化后的换热器性能进行评 估，包括传热系数、压降、热效率等。同时，与初步设计 结果进行对比分析，验证优化效果。
05
案例分析：应用HTRI进行实际 项目设计
案例背景介绍及问题阐述
项目背景
某化工企业需设计一款高效、紧凑的管壳式换热器，用于实现两种 不同温度流体的热量交换。
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目录任务书 (2)摘要 (4)说明书正文 (5)一、设计题目及原始数据 (5)1.原始数据 (5)2.设计题目 (5)二、结构计算 (5)三、传热计算 (7)四、阻力计算 (8)五、强度计算 (9)1.冷却水水管 (9)2.制冷剂进出口管径 (9)3.管板 (10)4支座 (10)5.密封垫片 (10)6.螺钉 (10)6.1螺钉载荷 (10)6.2螺钉面积 (10)6.3螺钉的设计载荷 (10)7.端盖 (11)六、实习心得 (11)七、参考文献 (12)八、附图广东工业大学课程设计任务书题目名称 35KW 壳管冷凝器 学生学院 材料与能源学院 专业班级 热能与动力工程制冷xx 班姓 名 xx 学 号xxxx一、课程设计的内容设计一台如题目名称所示的换热器。
给定原始参数：1. 换热器的换热量Q= 35 kw;2. 给定制冷剂 R22 ;3. 制冷剂温度 t k =40℃4. 冷却水的进出口温度 '0132t C ="0136t C = 二、课程设计的要求与数据 1）学生独立完成设计。
2）换热器设计要结构合理，设计计算正确。
(换热器的传热计算, 换热面积计算, 换热器的结构布置, 流体流动阻力的计算)。
3）图纸要求：图面整洁、布局合理，线条粗细分明，符号国家标准，尺寸标注规范，使用计算机绘图。
4）说明书要求：文字要求：文字通顺，语言流畅，书写工整，层次分明，用计算机打印。
格式要求：（1）课程设计封面；（2）任务书；（3）摘要；（4）目录；（5）正文，包括设计的主要参数、热力计算、传热计算、换热器结构尺寸计算布置及阻力计算等设计过程；对所设计的换热器总体结构的讨论分析；正文数据和公式要有文献来源编号、心得体会等；（6）参考文献。
三、课程设计应完成的工作1）按照设计计算结果，编写详细设计说明书1份；2）绘制换热器的装配图1张，拆画关键部件零件图1～2张。
[1] 史美中,王中铮.热交换器原理与设计[M].南京：东南大学出版社，2003[2] 吴业正.小型制冷装置设计指导[M].北京：机械工业出版社,1999.[3] 吴业正. 制冷原理及设备（第2版）[M]. 西安：西安交通大学出版社,1998.[4] 余建祖.换热器原理与设计[M].北京：北京航空航天大学出版社，2006.[5] 杨世铭，陶文铨.传热学（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2006.[6] 沈维道等工程热力学（第三版）.[M]. 北京：高等教育出版社，2001.[7] 其它设计资料：包括各种换热器设计标准、制冷工程设计手册、制冷设备手册、制冷机工艺、空气调节等相关文献资料。
发出任务书日期：年 6 月27 日指导教师签名：计划完成日期：年 7 月 9日基层教学单位责任人签章：主管院长签章：本次课程设计的任务是设计一个35kW 管壳式冷凝器,其给定的条件是: 换热器的换热量Q=35KW; 制冷剂R22; 制冷剂温度040k t C =,冷却水的进出口温度进口'0132t C = ； 出口"0136t C =。
本设计的主要内容包括四大方面，即热力计算,结构计算,阻力计算,强度校核等。
通过冷凝器型式选择、规划结构尺寸冷却水流量vs q 的计算、初步规划尺寸、 管程与有效长度的选择、管内冷却水与换热管内壁面的热流密度的计算、换热管平均管排数的计算、平均传热温差m t 的计算、部件的强度校核等一系列过程，得到的主要参数如下：换热面积2of 4.9m A =、有效总管长L=35.97m 、换热管总数NZ=9根×4程=36根、长径比i l/D =4.12、热流密度2o5090W/m q =、水泵功率e338 w p =等，并由此设计出一个平盖端头的管壳式冷凝器。
在选用零部件上都严格按照国家标准，包括GB150-1998、GB/T 5782、GB8163-87等，这些标准主要应用在强度计算方面，包括筒体、端盖、管板、支座、支撑板、 冷却水接口连接管、制冷剂连接管口径大小、垫片的选择及螺钉的载荷计算等。
该型管壳式冷凝器主要应用在小型的制冷场合。
一、设计题目及原始数据： 1、设计题目：35kW 管壳式冷凝器 2、原始数据：冷凝器的换热量：Q=35KW ； 给定制冷剂：R22 制冷剂温度：040k t C =冷却水进出口温度： 进口'0132t C = ； 出口"0136t C =二、结构计算管型选择。
按《小型制冷装置》表3-4选取3号滚轧低翅片紫铜管为传热管，有关参数为：i t tb f 10.4 mm ,15.1 mm ,0.4 mm ,12.4 mm ,1.2 mm d d d s δ=====。
单位管长的各换热面积计算如下：每米管长翅顶面积：2dt t fm/0.01510.0004/0.00120.0158m ad S ππδ==⨯⨯=每米管长翅侧面积：()()()22222ft b f m /20.001510.0124/20.00120.0972m ad d s ππ=-=⨯-⨯=每米管长翅间管面面积：()()()2b b f t f m /0.01240.00120.0004/0.00120.026ma d s s ππδ=-=⨯⨯-=每米管长管内侧面积：2i i m 0.0104=0.0327ma d ππ==⨯每米管长管外总面积：2ofd f b m0.01580.09720.0260.139maa a a =++=++=估算传热管总长。
假定按管外面积计算的热流密度2o5000W m q =，则应布置的传热面积及有效总管长分别为：2kofo250005m 5000Q Aq=== ； of of 5L 35.97m 0.139A a === 确定每程管数Z 、有效单管长l 及流程数N 。
取冷却水进口温度w132C t =︒，出口温度w236C t=︒，由水物性表可知，在平均温度34℃时水的密度3994.3kg /m ρ=，比定压热容p 4174J (kg k)c =⋅，则所需水量：()()3kvp w2w125000m 0.00151s994.341743632Q q C t t ρ===⨯⨯--取冷却水流速w=2.0 m/s ，则每流程管数： v22i 40.00151Z 8.89 0.0104 2.0d w4qππ⨯===⨯⨯根，取Z=9根 实际水流速度： v22i 40.00151w 1.98m /s 0.01049d Z4qππ⨯=⨯⨯=对流程数N 、总根数NZ 、有效单管长l 、壳体内径i D 及长径比i l/D 进行组合计算，组合计算如下表所示：表一、组合计算结果流程数N总根数NZ有效单管长l/m壳体内径i m D长径比il/D2 18 2.0 0.124 16.13 4361.00.2434.12分析组合计算结果，为便于加工制造，宜选用4流程方案。
传热管的布置排列及主体结构。
右图为传热管布置排列示意图，每程管数Z=9根，传热管按三角形排列，按《热交换器原理与设计》表2.3的要求，管板上相邻管孔中心距为22 mm ，分程隔板槽两侧相邻管的中心距为35 mm 。
考虑到冷凝器可能需要一定的储液功能，故在排管上左右对称而上下不对称，下半部分只布置两排换热管。
按《热交换器原 图一、布管示意图理与设计》第47页的要求，最靠 近壳体的换热管与壳体内壁的距离取8 mm ，则所需最小壳体内径为243 mm ，根据无缝钢管规格（GB8163-87），选用外径为273 mm ，壁厚为8 mm ，内径为257 mm 的无缝钢管作为壳体材料。
三、热力计算传热计算及所需传热面积确定。
水侧表面传热系数计算：从水物性表及《小型制冷装置》表3-12可知，水在平均温度m34C t=︒时，运动粘度26m 0.746610s υ-=⨯，物性集合参数B=2178.2。
因为雷诺数4i6w 1.980.0104Re 27581>100.746610d υ-⨯===⨯，水在管内的流动状态为湍流，按《小型制冷装置》第78页（3-5）式计算水侧表面传热系数：0.80.820.20.2wi i w 1.98W B =2178.29376.12(m K)d 0.0104α=⨯=⋅制冷剂侧冷凝表面传热系数计算：根据管排布置，管排修正系数按《小型制冷装置》第77页（3-4）式计算：0.8330.8330.833n 41102430.8836ε⨯+⨯+⨯== 根据所选管型低翅片管传热增强系数按《小型制冷装置》第77页（3-2）式计算。
其中环翅当量高度为： 2222't b t(d d )(15.112.4h 3.86 mm 4415.1d ππ--===⨯）增强系数：1/41/4bdf b 'ofof d 0.0260.01580.097212.41.11.11.384h 0.1390.139 3.86a a a aa ϕ+⎛⎫+⎛⎫=+=+⨯⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭查《小型制冷装置》表3-11，R22在k 40C t =︒时，B=1447.1，按《小型制冷装置》第76页（3-1）式计算制冷剂侧冷凝表面传热系数：-0.250.250.250.252bkon k wo k wo W 0.725Bd ()0.7251447.10.01241.3840.88()3829.13(m K)t t t t ϕθαε---=-=⨯⨯⨯⨯⨯-=⋅ 对数平均温差计算：w2w1m kw1kw236325.77 C4032lnln 4036t t t t t tθ--===︒----取水侧污垢系数2i0.00009 (m k)r=⋅，将有关各值代入《小型制冷装置》第78页（3-6）及（3-7）式计算热流密度oq （单位为2W m ）：0.75oo3655.08qθ=oo o5.77-1182.5(5.77-)10.1390.0010.139(0.00009)9376.120.03273930.0358qθθ==⨯+⨯+⨯选取不同的oθ（单位为℃）进行试凑计算，结果见下表：表二、试凑计算结果oθ/℃第一式2ow m q -⋅（）第二式2ow m q -⋅（）1.45 5060 5106 1.46 5086 5095 1.475112 5083当oθ=1.46℃时，两式o q 误差已很小，取2o5090W/m q =计算实际所需传热面积：2kofo250004.9 m 5090QAq===四、阻力计算冷却水侧阻力计算。
按《小型制冷装置》第79页（3-8）式计算冷却水侧流动阻力，其中阻力系数为：0.250.250.31640.31640.0246Re 27581ξ=== 冷却水侧阻力：2ti 2P 0.5w N 1.5(N 1)1.00.070.5994.31.980.024641.5(41)0.010434349 Pa=0.034349Mpal d ρξ⎡⎤∆=++⎢⎥⎢⎥⎣⎦+⎡⎤=⨯⨯⨯⨯+⨯+⎢⎥⎣⎦=式中，t l 表示左、右两管板外侧端面间的距离，按照《制冷机工艺》第111页表6-5的要求。